Konu anlatımı
Tuz, iyot, elmas ve çinko oda koşullarında katıdır, ama erime noktaları, sertlikleri ve elektrik iletkenlikleri çok farklıdır. Bu farkların nedeni, taneciklerini bir arada tutan kuvvetlerin farklı olmasıdır. Bu alt başlıkta katıları bu kuvvetlere göre dört gruba ayırmayı ve her grubun özelliklerini göreceksin.
Katılarda tanecikleri tutan kuvvetler
Katılarda tanecikler birbirine çok yakındır ve bulundukları yerde titreşir. Bu tanecikler atom, molekül ya da iyon olabilir; onları bir arada tutan kuvvet iyonik bağ, kovalent bağ, metalik bağ ya da zayıf moleküller arası etkileşimler olabilir. Katılar bu kuvvete göre iyonik, moleküler, kovalent ve metalik katılar olarak sınıflandırılır. Saf bir katı belirli bir sıcaklıkta erir; bu sıcaklığın yüksek ya da düşük olması, tanecikleri bir arada tutan kuvvetin gücüyle ilgilidir.
Dört katı türü
Programda örnek olarak verilen tuz, iyot, elmas ve çinko bu dört türün her birini temsil eder:
- İyonik katılar: Tuz (sodyum klorür) gibi; zıt yüklü iyonlar iyonik bağla tutulur. Erime noktası yüksektir, serttir ama kırılgandır; katı hâlde elektriği iletmez, eridiğinde ya da suda çözündüğünde iletir.
- Moleküler katılar: İyot, buz ve şeker gibi; moleküller zayıf moleküller arası etkileşimlerle tutulur. Erime noktası düşüktür, yumuşaktır ve elektriği iletmez. İyot ısıtılınca kolayca süblimleşir.
- Kovalent katılar: Elmas gibi; atomlar her yönde kovalent bağlarla birbirine bağlanarak dev bir ağ oluşturur. Çok yüksek sıcaklıklara dayanır; elmas bilinen en sert doğal maddedir ve elektriği iletmez. Grafit de kovalent bir katıdır, ama elektriği iletir.
- Metalik katılar: Çinko, demir ve bakır gibi; metal iyonları elektron denizi içinde metalik bağla tutulur. Elektriği ve ısıyı iletir, parlaktır, dövülüp tel ve levha hâline getirilebilir.
Bağ gücü ve erime noktası
Bir katıyı eritmek için tanecikleri bir arada tutan kuvvetlerin bir bölümünü yenmek gerekir. Bu kuvvetler ne kadar güçlüyse erime noktası o kadar yüksektir. Moleküler katılarda yalnızca zayıf etkileşimler yenildiği için erime noktaları düşüktür. İyonik ve kovalent katılarda güçlü bağlar söz konusu olduğu için erime noktaları yüksektir. Metallerin erime noktaları ise çok geniş bir aralıktadır: cıva oda koşullarında sıvıyken demir çok yüksek sıcaklıkta erir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. X katısı katı hâlde elektriği iletmiyor, ama suda çözündüğünde iletiyor ve erime noktası yüksek. Y katısı katı hâlde elektriği iletiyor ve dövülerek levha hâline getirilebiliyor. Z katısının erime noktası düşük ve elektriği hiçbir hâlde iletmiyor. Bu katılar hangi türlerdendir?
Çözüm. X katı hâlde iletmeyip çözeltisi iletken olduğuna göre iyonlardan oluşur; erime noktasının yüksek olması da güçlü iyonik bağları gösterir. X, tuz gibi iyonik bir katıdır. Y'nin katı hâlde iletken ve işlenebilir olması serbest elektronları olan metalik bir katıya özgüdür; çinko gibi bir metaldir. Z'nin erime noktasının düşük olması tanecikleri zayıf etkileşimlerle tutulan moleküler bir katı olduğunu gösterir; iyot ya da şeker gibi olabilir.
Örnek 2. Buz, sodyum klorür ve elmas katılarını erime noktalarına göre sıralayınız ve nedenini açıklayınız.
Çözüm. Buz moleküler bir katıdır; su moleküllerini bir arada tutan hidrojen bağları ve diğer zayıf etkileşimler kolay yenildiği için 0 °C sıcaklıkta erir. Sodyum klorür iyonik bir katıdır ve güçlü iyonik bağlar nedeniyle yaklaşık 801 °C sıcaklıkta erir. Elmas atomları her yönde kovalent bağlarla bağlı bir ağ olduğu için çok daha yüksek sıcaklıklara dayanır. Sıralama elmas > sodyum klorür > buz olur.
Sık yapılan hatalar
- Bütün katıların erime noktasının yüksek olduğunu düşünmek; moleküler katıların erime noktası düşüktür.
- Elmas ile grafitin aynı özellikleri taşıdığını sanmak; grafit elektriği iletir, elmas iletmez.
- İyonik katıların katı hâlde elektriği ilettiğini sanmak; iyonlar ancak eriyik ya da çözeltide hareket edebilir.
- Katılar, taneciklerini tutan kuvvete göre iyonik, moleküler, kovalent ve metalik katılar olarak ayrılır.
- Tuz iyonik, iyot moleküler, elmas kovalent, çinko metalik katıdır.
- Tanecikleri tutan kuvvet güçlendikçe erime noktası yükselir.